موتورهای بدون قاب برای ربات دستان ماهر: راهنمای طراحی آهنربا و لمینیت

مقدمه

یک دست ماهر ربات باید نیرو، سرعت و دقت انگشتان انسان را در یک بسته کوچک به اندازه کافی در یک محفظه به اندازه کف دست تکرار کند. موتور محرک هر مفصل انگشت عامل محدود کننده حیاتی است - و برای اکثر طراحی های جدی دست ماهرانه، پاسخ این استموتور براشلس بدون فریم: کیت استاتور و روتور بدون محفظه، یاتاقان یا شفت، که مستقیماً در ساختار انگشت ادغام شده است.

این راهنما شامل مواردی است که موتورهای بدون فریم را به انتخاب مناسب برای کاربردهای دستی ماهرانه تبدیل می کند، نحوه انتخاب درجه آهنربا NdFeB و لایه لایه فولادی سیلیکونی برای این چرخه کاری خاص، و آنچه مهندسان باید هنگام تهیه این قطعات مشخص کنند.

1. چرا موتورهای بدون قاب استاندارد برای فعال سازی دستی ماهرانه هستند؟

موتورهای معمولی - حتی مینیاتوری - سه مشکل را در طراحی دستی ماهرانه ایجاد می کنند:

• جریمه حجمی: محفظه، درپوش های انتهایی و شفت خروجی طول و قطری را اضافه می کنند که قابل بازیابی نیست. یک موتور 28 میلی متری ممکن است به 45 میلی متر فضای مفصل انگشت نیاز داشته باشد. استاتور بدون فریم معادل در عمق محوری 12 میلی متر قرار می گیرد.
• از دست دادن انتقال: خروجی از طریق شفت نیاز به گیربکس یا کابل انتقال دارد که هر کدام عکس العمل، اصطکاک و انطباق را اضافه می کند که دقت موقعیت انگشت را کاهش می دهد.
• عایق حرارتی: محفظه به عنوان یک مانع حرارتی عمل می کند. گرمای تولید شده در سیم پیچ ها باید از طریق محفظه عبور کند تا به سازه برسد - افزایش دمای سیم پیچ و کاهش گشتاور پیوسته.

A کیت موتور بدون قابهر سه را حذف می کند استاتور با فشار مناسب یا با چسب مستقیماً به ساختار بند انگشت متصل می شود. روتور بر روی بلبرینگ مشترک نصب شده است. گرما به طور مستقیم از سیم پیچ به آلومینیوم ساختاری هدایت می شود. هیچ شفت، گیربکس و حجم محفظه ای برای محاسبه وجود ندارد.

نتیجه: چگالی گشتاور 2 تا 3× بیشتر از یک موتور مشابه در یک پوشش مشترک، با واکنش کمتر و مدیریت حرارتی بهتر.

2. پارامترهای کلیدی طراحی برای موتورهای بدون قاب دستی ماهرانه

چرخه های کار ماهرانه دست در مقایسه با برنامه های کاربردی سروو استاندارد غیرمعمول هستند. موتور باید ارائه دهد:

ترکیب قطر کوچک و سرعت کم طراحی را به سمت جلو سوق می دهدتعداد قطب های بالا- معمولاً 12 تا 20 قطب (6 تا 10 جفت قطب) - برای به حداکثر رساندن گشتاور در هر آمپر بدون افزایش جریان سیم پیچ فراتر از توانایی راننده.

3. انتخاب آهنربا NdFeB برای موتورهای دستی ماهرانه بدون قاب

روتور یک موتور دستی ماهرانه بدون قاب، آهنرباهای NdFeB با قطعه قوس یا کاشی را حمل می کند که به یک حلقه فولادی نازک آهنی متصل شده است. انتخاب آهنربا شامل چهار تصمیم است:

3.1 محصول درجه و انرژی

برای اکثر کاربردهای ماهرانه دست، دمای کار در سطح آهنربا در چرخه های کاری معمولی زیر 80 درجه باقی می ماند. این امکان استفاده از درجه های استاندارد یا پسوند M را بدون اجبار افزایش می دهد:

• N42 تا N48: انتخاب استاندارد برای موتورهای دستی ماهرانه که زیر دمای آهنربا 80 درجه کار می کنند. حداکثر محصول انرژی 42-48 MGOe. مقرون به صرفه، به طور گسترده در بخش های قوس نازک در دسترس است.
• N42H تا N45H: مشخص می شود زمانی که موتور در نزدیکی منبع گرما کار می کند یا زمانی که تجزیه و تحلیل حرارتی نشان می دهد که دمای آهنربا ممکن است به 100 درجه نزدیک شود.
• N42SH: برای روبات های دستکاری صنعتی با چرخه بالا که در محیط های گرم کار می کنند. نیروی اجباری برای دمای ثابت 150 درجه آهنربا کافی است.

3.2 هندسه قطعه قوس و جهت مغناطیس

استفاده از روتورهای موتور بدون قابمغناطش شعاعیبه عنوان استاندارد برای ماهرانه ترین طرح های دست. هر بخش قوس به صورت شعاعی به سمت بیرون یا داخل، با نسبت قوس قطبی 0.80-0.95 مغناطیسی می شود. مغناطش موازی تحت تأثیر هالباخ ​​در طراحی‌های با کارایی بالا برای متمرکز کردن شار در شکاف هوا و کاهش ضخامت آهن پشتی، کاهش اینرسی روتور به بهای نیازهای تولید سخت‌تر استفاده می‌شود.

3.3 ضخامت و اتصال

آهنرباهای قطعه قوس در موتورهای دستی ماهرانه بدون قاب معمولاً هستندضخامت 2-4 میلی متربه صورت شعاعی باندینگ از اپوکسی ساختاری با قطعاتی که در حین پخت ثابت نگه داشته می شوند برای حفظ موقعیت زاویه ای در ± 0.1 درجه استفاده می کند. برای جلوگیری از شار ناهموار شکاف هوا که باعث ایجاد گشتاور دندانه دار و خطای موقعیت در مفصل انگشت می شود، تمرکز قطعه به پشت آهن باید قبل از سیم پیچی بررسی شود.

4. انتخاب لایه لایه فولاد سیلیکونی برای هسته استاتور

موتورهای بدون فریم دستی ماهرانه در فرکانس های الکتریکی کار می کنند270-1000 هرتز. در این فرکانس‌ها، ضخامت لمینیت متغیر غالب در تلفات آهن استاتور است - و انتخاب صحیح بدون ابهام است:

• ضخامت: 0.20 میلی متر- تلفات جریان گردابی را تا 67% در مقابل 0.35 میلی متر کاهش می دهد. برای فرکانس های الکتریکی بالای 400 هرتز اجباری است.
• درجه: 20W1200H یا 20W1500H- بدون دانه، سیلیکون بالا برای از دست دادن هیسترزیس کم در فرکانس بالا.
• ضریب انباشتگی: بزرگتر یا مساوی 0.97- بررسی با اندازه گیری پشته فشرده در مقاله اول.
• تحمل هندسه شکاف: 0.03 ± میلی متر- برای حفظ ضریب پر شدن سیم پیچ در یک پشته نازک استاتور لازم است.
• مسطح بودن لمینیت: کمتر یا مساوی 0.05 میلی متر کمان در هر ورق- در پشته های محوری کوتاه که خطای تجمعی بر یکنواختی شکاف هوا تأثیر می گذارد، بسیار مهم است.

5. مزیت تامین یکپارچه

عملکرد یک موتور دستی ماهرانه بدون قاب توسط برهمکنش بین لایه لایه استاتور و آهنربای روتور تعیین می شود. این دو جزء مستقل نیستند - منبع یابی آنها به طور جداگانه بدون بررسی هماهنگ طراحی یکی از شایع ترین دلایل عملکرد ضعیف در توسعه موتور سفارشی است.

عدم تطابق رایج زمانی که آهنرباها و لمینیت ها از تامین کنندگان مختلف تهیه می شوند:

• باقیمانده آهنربا در 20 درجه مشخص شده است، اما از دست دادن آهن استاتور باعث می شود آهنربا در 95 درجه کار کند - Br واقعی ~ 4٪ افت می کند و گشتاور ثابت را به همان مقدار کاهش می دهد.
• هندسه شکاف استاتور برای لایه‌بندی‌های 0.35 میلی‌متری طراحی شده است، اما در هنگام خرید به 0.20 میلی‌متر تغییر می‌کند - ضریب انباشتگی مختلف طول پشته مؤثر را تغییر می‌دهد و Ke را تغییر می‌دهد.
• نسبت قوس قطبی برای یک منحنی نفوذپذیری لایه‌بندی بهینه شده است، و هنگام جایگزینی درجه متفاوت، گشتاور اضافی ایجاد می‌کند.

HIMAGNET پشته های لایه لایه استاتور و کیت های آهنربای روتور را برای موتورهای دستی ماهرانه بدون قاب، که در داخل از فولاد سیلیکونی و مواد NdFeB با همان مشخصات مدار مغناطیسی تولید می شوند، فراهم می کند. پشتیبانی مهندسی محاسبه شار شکاف هوا، مدل‌سازی حرارتی و بازرسی مقاله اول را پوشش می‌دهد - از محرک‌های اتصال انگشت 20 میلی‌متری تا موتورهای گشتاور مچ 80 میلی‌متری.

6. چک لیست تدارکات

• ☐ محدودیت های قطر بیرونی و طول محوری را از CAD مفصل انگشت تایید کنید
• ☐ حداکثر گشتاور، گشتاور پیوسته و حداکثر سرعت اتصال را مشخص کنید
• ☐ ولتاژ اتوبوس راننده و حداکثر جریان فاز را برای تعیین Ke target تأیید کنید
• ☐ درجه آهنربا را مشخص کنید: استاندارد N42–N48. N42H–N45H برای دمای بالا
• ☐ ضخامت لمینیت را مشخص کنید: 0.20 میلی متر برای فرکانس های الکتریکی بالای 400 هرتز
• ☐ درخواست گزارش فاکتور انباشتگی و بررسی صافی روی پشته لایه لایه بندی مقاله اول
• ☐ روش اتصال قطعه قوس و تحمل موقعیتی را تأیید کنید (0.1± درجه معمولی)
• ☐ پکیج آهنربا + لمینیت مطابق با محاسبه شار شکاف هوا را درخواست کنید

با تیم مهندسی HIMAGNET تماس بگیریدبرای بحث در مورد مشخصات موتور بدون قاب خود - از نمونه اولیه تا تولید.